JP2008113064A - 通信基地局装置及び通信基地局装置の輻輳回避方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震などの災害時には、緊急の連絡や安否確保のために多くのユーザーが一斉に電話をかけるため、回線容量を上回る通信が要求されその結果、輻輳と呼ばれる通信ができない状態が発生する。特に、音声通信などの回線交換方式の通信に輻輳が発生しやすくなる。
【解決手段】基地局は常時、加速度センサにより揺れが発生しているかを監視する。
大きな揺れを観測した場合には、上位通信網からの制御を待たずに、基地局が自律的に輻輳回避通信制御を行う。自律的にＲＦ（キャリア）数を制御し、少人数大容量通信制御から多人数小容量通信優先（回線数確保優先）の制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信基地局装置及び通信基地局装置の輻輳を回避する輻輳回避方法に関する。

ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）などのＴＤＭＡ（時分割多重）方式の無線通信においては、従来から一つの周波数を基地局と基地局に接続している複数のユーザー間で時間軸方向に分割し共有し、所定の時間ごと（タイムスロット、以下スロットと記載）に各ユーザーに回線を割り当てる制御を行っている。ＰＨＳでは時間軸を８スロットに分割して、フレーム毎に同じスロットを特定のユーザーに割り当て、送信スロットと受信スロットの対で４回線が利用可能である。

近年では、より多くの情報を送受信することを目的として同一タイミングで複数の周波数のキャリアを使用して通信を行う技術がある。これは、１台の基地局に複数のキャリアに対応した無線ユニットを備え、各キャリア且つＴＤＭＡのスロットタイミングごとにユーザーを割り当て、通信を行うものである。このような基地局はマルチ基地局と呼ばれる。

図２にマルチ基地局によるＴＤＭＡ通信のＴＤＭＡフレーム構成を示す。時間軸を８スロットに分割して、４スロットずつ上りと下りに分けて時分割制御を行い、同時に４キャリアを使用する場合の例である。この場合、送信スロットと受信スロットの対で、0A、0B、0C、0D、1A、1B、…、3Dの１６回線を利用可能である。そして、４キャリアのそれぞれにたとえば２本のアンテナが割り当てられる。つまり、この基地局は１台あたり８本のアンテナを備えている。これを基本方式と呼ぶことにする。

このマルチ基地局ではさらに、各キャリアで使用するアンテナ本数を変更して通信の品質を高め、より品質がよく高速にデータを伝送する制御も行う。具体的には、同一のスロットにおいて使用するキャリア数を４つから２つあるいは１つにし、１キャリアに割り当てるアンテナを２本から４本あるいは８本に増やす。このように同一のスロットで使用するキャリア数を変更した場合のイメージを図３に示す。

この例では、第１スロットにおいては回線0Ａ、1A、2A、3Aが割り当てられ、それぞれのキャリアに割り当てられるアンテナは２本のまま変更ないが、第２スロットでは１つのキャリアだけが使用され回線0Ｂが割り当てられる。そして回線0Bに対しては基本方式の４倍である８本のアンテナが割り当てられ、第３スロットと第４スロットではそれぞれ２つのキャリアが使用され、回線0C、1Cと0D、1Dが割り当てられている。これら回線0C、1Cと0D、1Dには基本方式の２倍である４本のアンテナが割り当てられている。そいて、１つのキャリアあたりに割り当てられるアンテナ本数が増えることによりダイバーシディ制御やアダプティブアレイアンテナ制御を行うことができ、受信感度の向上や指向性向上、ヌル点による干渉回避などの効果がありより高品質な通信を行なうことができる。

ただし、基本方式が１６回線利用可能であるのに対し、アンテナ本数を変更した下記例では９回線しか利用することができない。このように同一タイミングでのキャリア数を減らすことでアンテナ本数増加による通信品質の向上が図れる一方、利用できる回線数は減少することになる。

ところで、地震などの災害時には、緊急の連絡や安否確保のために多くのユーザーが一斉に電話をかけるため、回線容量を上回る通信が要求されその結果、輻輳と呼ばれる、通信ができない状態が発生する。この場合、メールなどのデータ通信も輻輳の影響を受け通信しにくい状況に陥る。

下記特許文献１には、インターネット接続機能及び電子メール送受信機能を備えた携帯電話機であって、異常事態又は緊急事態を検知する１種類以上の手段を内蔵し、検知した異常事態又は緊急事態の情報を受発信する携帯電話機に係る技術が開示されている。また、下記特許文献２には、基地局が移動局に対して、報知チャネルを介し選択的に発信を禁止する通信規制メッセージを送信することにより、移動局は発信を禁止し、「位置登録」を行わずに規制待ち受けモードに遷移する技術が開示されている。
特開２００５−３１１９９５号公報 特開平８−３１７４７１号公報 ところで、上記ＰＨＳの基地局装置は出力が小さいため小型軽量で、電柱やビルの屋上等の屋外に設置されることが多い。そのため、屋内に設置される装置等に比べて、風や地震等の外的影響を受けやすい状態にあり、障害発生率も高い。

このため、従来の基地局装置では基地局装置内に保守診断部を備えているものがあり、上記保守診断部が基地局装置の内部状態を監視し障害の発生を検知すると自律復旧を試みる。また、上記保守診断部は上位装置である基地局管理装置に対し障害の発生又は復旧に係る情報を通知する機能も有している。

上記のとおり、地震などの災害時には、緊急の連絡や安否確保のために多くのユーザーが一斉に電話をかけるため回線容量を上回る通信が要求されその結果、輻輳と呼ばれる、通信ができない状態が発生する。特に音声通信などの回線交換方式の通信に輻輳が発生しやすくなる。また、メールなどを送信するためのデータ通信であるパケット通信においても割当可能な回線数が減っている状態では、送信待ちが多く発生し全体のスループットが大幅に低下する。上記マルチ基地局においても、同一スロットで使用するキャリア数を少なくしてユーザーと通信を行っている場合には使用可能な最大回線数に対し使用可能な回線数が減っている状態が起こりうる。

従来の基地局装置はこのような輻輳の発生に対し、自ら輻輳を回避する制御を行う機能を備えておらず自律的にきめ細かな輻輳回避制御をすることはできない。基地局装置は上位装置である基地局管理装置からの輻輳回避制御に関する指示や指令に従い輻輳回避制御を行う。また、何らかの通信障害が発生し上位通信網との接続に異常を生じた場合には輻輳回避制御指示を受けることができず、輻輳回避制御に移行できない。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、特に地震や台風など基地局装置に揺れを生じさせる災害時に基地局装置自体が収集した基地局装置がおかれた環境情報、特に揺れに関する情報を基に、その基地局装置に適した輻輳回避制御を行うことができる基地局装置及び基地局装置の輻輳回避方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る通信基地局装置は、時分割多重通信方式を用い同一スロットのタイミングで１つまたは複数の周波数を使用してユーザーと通信し、前記通信基地局装置の環境情報を取得する環境情報取得手段と、前記通信基地局装置にかかわる通信の輻輳を回避する輻輳回避手段と、取得した前記環境情報に応じて前記輻輳回避手段を制御する輻輳回避制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の一態様では、前記輻輳回避手段は、取得した前記環境情報に応じて、前記同一スロットのタイミングで使用する周波数の数を変更することを特徴とする。

また、本発明の一態様では、前記輻輳回避手段は、取得した前記環境情報が所定の値を超えた場合には、前記同一スロットのタイミングで使用する周波数の数を増やすことを特徴とする。

また、本発明の一態様では、前記環境情報取得手段は振動情報を検知する振動センサであることを特徴とする。

さらに、本発明の一態様では、前記振動情報は、地震発生時の震度を含むことを特徴とする。

また、本発明は、時分割多重通信方式を用い同一スロットのタイミングで１つまたは複数の周波数を使用してユーザーと通信が可能な通信基地局装置における通信の輻輳回避方法であって、前記通信基地局の環境情報を取得するステップと、前記通信基地局にかかわる通信の輻輳を回避するステップと、取得した前記環境情報に応じて前記輻輳を回避するステップを制御する輻輳回避制御ステップとを含むことが特徴である。

本発明における基地局装置及び基地局装置の輻輳回避方法によれば、基地局装置自体が収集した環境情報、特に揺れに関する情報を基に、その基地局装置に合った輻輳回避通信制御を行うことができる。また、輻輳が始まる前に、予測的に輻輳回避制御を行うことができる。さらに、上位管理装置からの輻輳回避制御に関する指示が何らかの通信障害などにより来なくとも、基地局装置が揺れを観測した場合は自律的に輻輳回避通信制御を行うことができ、回線数確保を行い緊急の連絡や安否確認をし易くすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、基地局装置１の機能ブロック図である。基地局装置１は、外部インターフェース部１１、信号処理部１２、ＲＦ数切換部１３、無線部１４、回避制御部１６、加速度算出部１７、加速度センサ１８、制御部１９およびアンテナ切り替え部２０を含んで構成されている。なお、アンテナ１５は各無線部１４に対し２本、無線部１４，信号処理部１２はそれぞれ４個含まれ基地局装置１は４つの周波数（ＲＦ）を使用することができる。

無線通信部１４は、一方でアンテナ切り替え部２０を介してアンテナ１５と、また他方で信号処理部１２と接続されている。無線部１４は、アンテナ切り替え部２０を介してアンテナ１５で受信される各通信装置２からの信号を受信し信号処理部１２が処理できる信号に変換する。信号処理部１２は受信信号を復調し、パケットを抽出等した後に、当該パケットを、制御部１９を介して外部インターフェース部１１に出力する。また、外部インターフェース部１１から入力される複数のパケットは制御部１９を介して信号処理部１２に送られ変調処理等が施され無線部１４に送られ、アンテナ切り替え部２０を介してアンテナ１５から各通信装置２に対して送信される。制御部１９は、回避制御部１６と図示しない運転管理部、無線制御部及び回線制御部を含み、ＣＰＵ及びメモリ等から構成され基地局装置１全体の運転に係る制御を行う。ＲＦ数切換部１３は、通信相手である各通信装置２の数や無線通信装置２からの信号のレベルに応じて各スロットで使用する周波数の数を決定する。そして、その数に応じて制御部１９を介してアンテナ切り替え部２０に対し、使用するアンテナと使用する周波数に応じた無線部とを接続させる。

外部インターフェース部１１は、ＩＳＤＮ（Integrated Service Digital Network）回線やＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等を介して通信ネットワークと接続され、基地局装置１と通信ネットワークを相互に連結している。外部インターフェース部１１は、制御部１９の指示に従って、上位通信網である通信ネットワークから入力されるパケットを制御部１９を介して信号処理部１２に出力する。また、信号処理部１２から入力される複数のパケットを制御部１９を介して通信ネットワークに出力する。

また、基地局装置１は、障害監視部（傾斜通知部）、アンテナ診断部、回線診断部及び傾斜診断部からなる保守診断部（いずれも図示しない）を備えている。保守診断部は、基地局装置１の各機能ブロックの動作状態を監視しており、障害の発生を検知すると自律復旧を試みる。また、必要に応じて上位装置である基地局管理装置や基地局管理装置を含むオンラインセンタ等に対して障害の発生又は復旧に係る情報を通知する。障害監視部は、アンテナ診断部、回線診断部及び傾斜診断部と接続され、各診断部から入力される診断結果を監視し、必要に応じて基地局管理装置等に障害等に係る情報を通知する。アンテナ診断部は、障害監視部と接続されるとともに、信号処理部１２、無線部１４、制御部１９と接続されている。そして、信号処理部１２、無線部１４及びアンテナ１５の状態を診断するとともに、診断結果を障害監視部に出力する。回線診断部は、障害監視部と接続されるとともに、外部インターフェース部１１と接続されている。そして、基地局装置１に接続される回線の状態を診断するとともに、診断結果を障害監視部に出力する。また、保守診断部は後述する、加速度センサ１８が取得し加速度算出部１７が算出した重力加速度ベクトルの情報を上位装置である基地局管理装置や基地局管理装置を含むオンラインセンタ等に対して通知する。

加速度センサ１８は、振動情報を検知する振動センサである。加速度算出部１７は、加速度センサ１８により測定される基地局装置１に加わる重力加速度ベクトルを算出するとともに、算出した重力加速度ベクトルの時間軸との対応を取得する。つまり重力加速度ベクトルの時間方向に変化を取得する。また、取得した重力加速度ベクトルの時間方向の変化のデータは図示しない記憶部に記憶される。加速度センサ１８は、基地局装置１に固定されており、基地局装置１に加わる加速度を測定する。加速度センサ１８は、取り付けられた物体に加わる加速度の大きさを測定するセンサであり、具体的には、重力加速度の大きさ及び方向（重力加速度ベクトル）を測定し、加速度センサ１８を基準とした座標系における重力加速度ベクトルのｘ、ｙ、ｚ方向成分を取得する。本実施の形態では、加速度センサ１８により測定される重力加速度ベクトルの各成分を、基地局装置１に加わる加速度として用いている。ここで、基地局装置が地震等で揺れた場合、加速度算出部１７が取得する加速度は、加速度センサ１８が所定サンプリング周期で測定する値の平均値であってもよい。こうすれば、加速度センサ１８による重力加速度ベクトルに係る測定値のばらつきが軽減され、測定精度が向上するようになる。

回避制御部１６は、加速度算出部１７が算出した重力加速度ベクトルに基づいて輻輳回避に関する制御を行う。図４は回避制御部１６の動作により行われる回避通信制御の対処レベルを示している。加速度センサ１８が取得し加速度算出部１７が算出した重力加速度ベクトルの情報は下記の２つの情報に整理される。ひとつめは震度情報（ａ）であり、二つ目は揺れ時間（ｂ）である。

ａ．震度：揺れの最大加速度を示す。所定の震度を超えた場合にフラグを立てる。

ｂ．揺れ時間：所定の加速度以上の加速度を、検出し続けていた時間を示す。所定の揺れ時間を超えた場合フラグを立てる。揺れ時間情報を取得する際の所定の加速度は、震度情報（ａ）においてフラグをたてる場合の所定の震度と異なっていても構わない。

図４において黒い丸で示した部分はフラグが立っていることを示している。

さらに、図示しない制御部は重力加速度ベクトルに基づき基地局が備える非常電源の自己診断処理を行う。この自己診断結果は図示しない記憶部に記憶され、回避制御部１６が参照することができる。回避制御部１６は、図４に記載されている、加速度算出部１７が算出した重力加速度ベクトルの情報震度、揺れ時間および制御部１９が行った自己診断結果の関係に基づき基地局装置１に最適な輻輳回避通信制御を行う。たとえば、少人数大容量通信制御から多人数小容量通信優先（回線数確保優先）制御に変更することで地震などの災害時に回線確保を行う。たとえば、震度が所定震度より大きく、かつ揺れ時間が所定より長かった場合には非常電源の自己診断結果にかかわらずＲＦ数は４つ（４ＲＦ）を設定する。すなわち、地震の程度が激しいと判断できる場合にはＲＦ数つまりキャリア数を増やし通信チャネルをできるだけ多く確保し通信可能なユーザーを増やすように制御する。また、震度が所定震度より大きく、かつ揺れ時間が所定より短かった場合には自己診断結果にかかわらず、ある程度の通信を確保するために２ＲＦ以上を設定する。さらに、震度が所定震度より小さかった場合には、非常電源の自己診断は行わないが揺れ時間が所定より長ければＲＦ数は２ＲＦ以上を設定する。

また、輻輳回避通信制御の解除については、所定の時間経過後に、回線の利用状況や、上位装置である基地局管理装置からの指示によって解除しても良い。

次に、基地局装置１の輻輳回避動作を、図５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、基地局は設置されて通常運用が行われる（Ｓ１０）。地震などの揺れが発生すると加速度算出部１７が算出している基地局にかかる重力加速度ベクトルを規定の値以上かどうか判断する（Ｓ２０）。規定以上でなければ通常運用に戻る。規定以上の場合は回避制御部１６が輻輳回避制御を開始する（Ｓ３０）。このさい、震度、揺れ時間に応じてフラグを立てる。さらに基地局の非常用電源の自己診断を実行し、正常か電圧が低下しているか記憶部に記憶する（Ｓ４０）。続いて図４をもちいて回避通信制御の対処レベルを決定する（Ｓ５０）。そして、決定した対処レベルに応じてＲＦ数を変更する（Ｓ６０）。続いてＲＦ数の変更が完了したか確認する（Ｓ７０）。完了していなければＳ６０に戻る。完了していれば輻輳回避制御を維持する動作を行う。（Ｓ８０）。そして、あらかじめ決められた輻輳回避制御時間が経過したかどうか確認する。経過していれば通常の運用モードに復帰する（Ｓ１１０）。時間が経過していない場合でも上位の管理装置から輻輳回避制御を解除する指示があれば同様に動揺に通常の運用モードに復帰する（Ｓ１１０）。解除指示がなければ輻輳回避制御を維持する動作を行う。

以上に述べた基地局装置及び基地局装置の輻輳回避方法によれば、基地局自身が収集した揺れ情報を基に、その基地局に合った輻輳回避通信制御を行うことができる。また、輻輳が始まる前に、予測的に輻輳回避制御を行うことができる。さらに、上位管理装置からの輻輳回避制御に関する指示が、何らかの通信障害などにより来なくとも、基地局が揺れを観測した場合は自律的に輻輳回避通信制御を行うことができ、回線数確保を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、輻輳回避制御を維持する時間は回避通信制御の対処レベルに応じて決めてもよい。

本発明の実施の形態に係る基地局装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る基地局装置によるＴＤＭＡ通信のＴＤＭＡフレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る基地局装置において使用するキャリア数を変更した場合のＴＤＭＡフレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る回避通信制御の対処レベルを示した図である。 本発明の実施の形態に係る基地局装置の輻輳回避制御にかかる動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 基地局装置、２ 外部の通信装置、１１ 外部I/F部、１２ 信号処理部、１３ ＲＦ数切換部、１４ 無線部、１５ アンテナ、 １６ 回避制御部、１７ 加速度算出部、１８ 加速度センサ、 １９ 制御部、 ２０ アンテナ切り替え部。

Claims (6)

1. 時分割多重通信方式を用い同一スロットのタイミングで１つまたは複数の周波数を使用してユーザーと通信が可能な通信基地局装置において、
   前記通信基地局装置の環境情報を取得する環境情報取得手段と、
   前記通信基地局装置にかかわる通信の輻輳を回避する輻輳回避手段と、
   取得した前記環境情報に応じて前記輻輳回避手段を制御する輻輳回避制御手段と、
   を備えたことを特徴とする通信基地局装置。
2. 前記輻輳回避手段は、取得した前記環境情報に応じて、前記同一スロットのタイミングで使用する周波数の数を変更すること、
   を特徴とする請求項１に記載の通信基地局装置。
3. 前記輻輳回避手段は、取得した前記環境情報が所定の値を超えた場合には、前記同一スロットのタイミングで使用する周波数の数を増やすこと、
   を特徴とする請求項１または２に記載の通信基地局装置。
4. 前記環境情報取得手段は振動情報を検知する振動センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の通信基地局装置。
5. 前記振動情報は、地震発生時の震度を含むこと、を特徴とする請求項４に記載の通信基地局装置。
6. 時分割多重通信方式を用い同一スロットのタイミングで１つまたは複数の周波数を使用してユーザーと通信が可能な通信基地局装置における通信の輻輳回避方法であって、
   前記通信基地局の環境情報を取得するステップと、
   前記通信基地局にかかわる通信の輻輳を回避するステップと、
   取得した前記環境情報に応じて前記輻輳を回避するステップを制御する輻輳回避制御ステップと、
   を含むことを特徴とする輻輳回避方法。

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